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流程行业的工业互联网应用

  2020年07月20日  

  医药、化工、石油炼制、火电、钢铁、水泥等流程工业,是重资产、资源型行业。这些行业一般都是设备专用,工艺相对固定;原料及能源消耗占到生产成本的绝大部分。目前,这些行业已经实现了较高的自动化、信息化水平,但相对来说国内的相关行业普遍在原料管理及能源管理、设备的管理维护等方面还比较粗放落后,能源有效利用率只有欧美国家的40-70%。

  01 流程行业需要工业互联网

  “两化融合”、“智能制造”、“工业互联网”和“新基建”等相关国家政策都对这些基础行业非常重视,并在提升流程工业的这些指标上对工业互联网技术寄予厚望。工业互联网已经被证实且被世界上大多数的领先企业采纳作为数字化转型的手段,中国的流程行业更需要工业互联网,总结来说,“现状”、“体质”、“特点”和“收益”四个方面决定了这一点。

  01 现状

  首先是现状,国内流程工业粗放的现状必须改观,一方面因为当前处在工业4.0的关键时期,全球都在数字化转型,我们不行动只会越来越落后;另一方面是人力成本、资源成本等不断的上涨,也在迫使流程工业主动去解决这种利益挤压;还有一个方面是当前各方面技术的发展已经足以支撑流程工业的升级改造。

  02 体质

  第二是“体质”,工业互联网应用的落地是有比较多的前提条件,比方说具不具备物联网数据采集和控制能力,有没有一定的信息化系统基础等。在这方面流程工业的自动化、信息化基础已经普遍较高,PLC、传感器、DCS等较为完善,这种“体质”决定了流程工业落地工业互联网相比其他行业有着先天的优势。

  03 特点

  第三是特点,流程行业生产一般都是连续的,一旦装置开工后至少要按照年度进行长周期运行;产品结构、工艺流程以及配套设备都相当复杂,包括混合、分离、破碎、化合、加热等过程,以及主产品、副产品、次生品、回流品、废弃品等产品结构,每一级流程不但受到上一级流程的影响,还会受到温湿度、压力等各种环境因素的影响,配方、环境、流程等的不同会造成很大的最终产品差异;每个行业的生产设备均是针对各自企业特点打造,设备复杂、环环相扣;大批量生产,生产量大企业才有效益。这种连续性、大批量、复杂性、以及个性化的装备等特点,正是工业互联网的实时性、灵活性、大数据价值挖掘优势的最佳应用匹配对象。

  04 收益

  第四是收益,“1%能效提升带来万亿的市场规模”这种效应用在流程工业上再贴切不过,流程工业也是工业互联网鼻祖提出该概念时指出的最佳应用行业之一。在收益上,尤其国内的流程工业企业在相对落后的现状下,通过工业互联网能够很轻易的获得显著的收益成效,并且,能够随着工业互联网的落地及应用,能够获得更高的价值收益。

  最后,我们从工业互联网的特性、技术及应用领域等角度来看,流程工业也是其最佳的应用场景。工业互联网本身的特性包括资源要素、互联互、融合共享、系统集成、新业态等,其标准体系结构具备基础的共性(安全、可靠、检测、评价),以及关键技术(工业大数据、工业软件、工业云、边缘计算、人工智能)和行业应用(航空航天、轨道交通、石油化工)都符合流程工业场景。

  02 四个层次的流程工业互联网应用

  工业互联网在流程工业里的应用,其核心在于工业互联网平台能够紧密结合生产、计划、供应链、安环、销售、客服等业务主题,构建“全面感知、融合互联、精益管理、智能运营、集成共享”的应用体系,达到优化经营、降本增效、节能环保、个性化服务的可持续增长的目标,实现价值创造和智能驱动的新模式。总结来看,流程工业可以从四个层次落地工业互联网应用:

  01 第一个层次

  工业操作系统及其应用软件,构建可裁剪的工业基础软件平台,面向数字化产品和智能成套装备需求,重点研制高安全、高可信的实时工业操作系统。

  02 第二个层次

  “云端”+“终端”工业大数据平台,嵌入式数据管理平台与实时数据智能处理系统,云端具有海量处理能力的工业数据处理软件,覆盖产品全生命周期和制造全业务活动的工业大数据。

  03 第三个层次

  智慧工业云与制造业核心软件,工业资源库(知识库、模型库、工艺库、标准库),产品生命周期管理、企业资源规划、供应链管理、客户关系管理等制造业核心软件,工业能源管理智能化软件与协同管控平台,“互联网+”智慧工业云平台。

  04 第四个层次

  重点领域工业应用软件,涵盖从设计研发、生产制造到产品服务的全生命周期行业应用软件,产品创新开发、智能控制与分析优化、装备智能服务等。

  03

  01 可视化

  过程可视化,通过端到端的数据集成,将供应链、生产、安环、能源及企业管理等相关信息完整的呈现出来;绩效可视化,实时监控,及时发现可能出现影响企业安环、生产、物流的问题和瓶颈。

  02 一体化

  把DCS、PLC、SCADA、质检设备等与ERP、生产管控系统等集成一体化应用;即:生产安全一体化管控、经营管理一体化应用、综合研究一体化协同;采购、生产、运输、仓储等活动的功能一体化;战略层、战术层、运作层三个规划层次上的分级一体化。

  03 敏捷化

  以市场为导向,灵活配置资源,从车间统计、班组作业、能源管理、安环管理、品质管理、设备管理、出入厂物流运输等方面的业务问题出发,逐步实现精细化成本管控,快速准确的响应需求,快速决策和行动。

  04 智能化

  大数据、AI技术驱动的需求预测、智能调度、库存优化、自动补货、协同、能耗优化、工艺优化、设备预测等。

  05 生态化

  将自身高效的供应链能力在平台上开放和共享,构建一个产融结合的生态系统。监控生产自动识别生产、质量、能耗、安环、设备等方面的异常,合理调度处置。

  04 流程行业工业互联网实践

  目前,国内外已经出现很多具有代表性的流程行业工业互联网应用案例,我们可以比较直观的从这些案例中领悟到工业互联网的实践方式。

  01 供应链管理

  壳牌采用库存管理订单网络来优化下游的供应商购买流程;中国石油东方物探实现了到货物资境内与境外入库、验收、出库功能的数据共享,实现了库存物资的动态监控;供应链管理工业互联网的应用实现了工作人员只需携带手持机即可进行库存物资盘点,直观核对账、实的一致性,实现库存物资系统动态预测,实现仓库业务数字化与移动化。

  02生产管控

  巴西石油RPBC炼厂实施在线优化(RTO)后实际平均收益为0。12美元/桶;ExxonMobil通过优化、业绩评估与监测、原料选择、方案分析与决策实现实施实时优化,已增加利润7。5亿美元/年。这些体现了生产管控的工业互联网应用实现了装置实时优化运行。

  挪威国家石油公司开发了管道完整性管理系统,集成了SAP、Maximo、STAR、Intergraph、Inspection等管理系统的数据,建立管网整体化信息共享平台,提高管理效率;沙特阿美通过应用在线故障诊断及预警系统,实时监控关键设备集中展示其关键性能指标,及时获悉整个工厂生产设备健康状况,这种操作导航实现操作规程的标准化和程序化,实现在线诊断,保障关键设备运行性能。

  03 设备管理

  寄云科技协助中石油宝鸡石油机械对其钻机产品进行智能化、数字化升级,实现钻机的远程集中监控、故障智能诊断、预测性维护等。壳牌、Texas大学和艾默生对石油加工厂的生产设备进行了智能化故障监测。

  04 安环管控

  寄云科技和河南能化打造基于工业互联网的智慧安全生产管控平台,使用GIS、人工智能和大数据进行危险源的自动化动态评估,实现实时、智能化的安全生产管控和应急。

  05 指挥体系

  ExxonMobil采取整体运作管理体系,使用“事故实践损耗率”来评估安全生产,对危化品进行规范化的分类、分区管理,严格安全监管制度,提高危化品专业化管理。

  06 能源管控

  ExxonMobil建立全球能源管理(GEMS),使公司炼油厂和化工厂的能耗降低了15%-20%,年节约了650万美元的能源消耗;中国石油依托中国石油节能节水管理系统,实现涵盖节能计划、技术、项目、队伍、能评、能效、审计、监测、考核等的管理决策一体化。从这些案例中我们能够看到工业互联网实时调整能源产耗,保证供给,优化能源运行,通过能源评价,建立与行业先进水平的对标,分析最佳实践,指导改进。

  07 智能制造平台

  HMEL炼厂建立企业集成框架,通过引入工厂参考模型、行业数据标准,实现数据交互的标准化,实现从工厂实时数据到企业经营层面数据的全面整合与贯通,实现企业级应用系统的流程整合和业务协同,生产与经营层面各类异构系统的全面集成;壳牌建立基于工业标准的集成框架,通过企业服务总线,实现消息、应用流程集成;建立通用集成模型构建标准模型,实现应用的集成管理,促进一体化战略的制定和执行。

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